CN104184375B - 开关磁阻电机控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关磁阻电机的技术领域，公开了一种开关磁阻电机控制装置及控制方法，包括PWM发生单元、转子位置检测单元、定子线圈驱动单元；根据转子位置检测单元检测到的转子位置，用于将所述PWM波调制成有角度差的M路的PWM波，其中2≤M﹤N，有角度差的M路PWM波分别输入A、B、C…N相定子线圈中的相邻M相，并根据转动方向在A、B、C…N相中以M为基数、在相之间进行顺序切换的切换单元；控制PWM发生单元，接收转子位置检测单元的转子位置信号、并据此控制切换单元的控制单元；本发明能达到低速大转矩稳定运行的效果。

Description

开关磁阻电机控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于磁阻电机控制技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机控制装置及控制方法。
背景技术
传统的开关磁阻电机控制方法是依据磁阻原理，根据转子位置，轮流给定子绕组线圈施加激励，产生连续的扭矩驱使电机带负载转动；现有的开关磁阻控制方式是对绕组产生轮流的激励，同时针对特定的电机和负载，调整导通角加上PWM斩波。
现有绕组具体导通角的选择，是在转子凸极在非对齐位置接近对应的定子凸极时，处于对应的绕组电感上升区，当转子凸极在非对齐位置离开对应的定子凸极时，处于对应的绕组电感下降区；如果在电感上升区激励绕组，将产生驱动转矩；如果在电感下降区激励绕组，将产生制动转矩；所以，现有的控制方式是，在转子到达电感上升区以前通电激励绕组，以获得绕组所需的电流，在转子到达电感下降区以前断电停止激励绕组，以免在电感下降区产生制动转矩；但是这种方式不适应于电机运行在低速大扭矩负载的情况。一直以来，低速大扭矩控制就一直是电机控制领域内的一个难点和热点。
发明专利号200680019780.8(用于控制开关磁阻电动机的方法)，公开了一种通过绕组通电时间交叠，降低转矩脉动的方法，通电顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA（以该发明专利说明书中的8/6开关磁阻电机加以说明）；即在轮流导通中间增加了交叠导通的状态，这样可以使转矩波动减小。同时让绕组通电时间一部分工作于电感下降区，以产生制动转矩，以抵消一部分驱动转矩，使得电机能低速运行。但是这种方法的缺点在于：绕组间通电交叠时间较短，降低的转矩脉动有限；绕组通电时间一部分工作于电感下降区，产生了制动扭矩，降低了电机效率；在极低速下（如20rpm）仍然不能平稳运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种开关磁阻电机控制装置，旨在解决现有技术中的极低速下仍然不能平稳运行的问题。
本发明是这样实现的，一种开关磁阻电机控制装置，包括：
用于产生PWM波的PWM发生单元；
用于检测转子位置的转子位置检测单元；
用于驱动A、B、C…N相定子线圈的定子线圈驱动单元；
根据所述转子位置检测单元检测到的转子位置，将所述PWM波调制成有角度差的M路的PWM波后使所述有角度差的M路PWM波分别输入所述A、B、C…N相定子线圈中的相邻M相，并根据转动方向在所述A、B、C…N相中以M为基数、在相之间进行顺序切换的切换单元，其中2≤M﹤N；
控制所述PWM发生单元以及接收所述转子位置检测单元的转子位置信号、并据此控制所述切换单元的控制单元；
所述控制单元与所述PWM发生单元电连接；所述控制单元与所述转子位置检测单元电连接；所述控制单元与所述切换单元电连接；所述切换单元分别与所述A、B、C…N相定子线圈驱动单元电连接。
进一步地，所述PWM发生单元是准正弦的PWM波发生单元。
进一步地，还包括对转子转速进行检测的转速检测单元，所述转速检测单元与所述控制单元电连接。
进一步地，还包括对定子电流进行检测的电流检测单元，所述电流检测单元与所述控制单元电连接。
进一步地，还包括当定子电流、电压超过设定值时停止运行开关磁阻电机的保护单元，所述保护单元与所述控制单元电连接。
进一步地，还包括对运行状态进行显示的显示单元，所述显示单元与所述控制单元电连接。
本发明还提供了一种应用上述权利要求的开关磁阻电机控制装置的控制方法，包括下述步骤：
S01、根据定子绕组的空间磁极数及相数确定极间及相间的相位差；
S02、向N相绕组中的相邻M相发送PWM波，其中2≤M﹤N，所述M相的PWM波的相位差由S01确定；
S03、根据旋转方向，在相间切换发送PWM波，使M相定子绕组的合成磁场稳定旋转；转子转速由所述切换单元的切换速度确定。
进一步地，所述PWM波是准正弦波。
与现有技术对比，本发明提供的开关磁阻电机控制装置中，由于采用了同时多相的合力互补驱动的控制器，所以达到了低速大转矩稳定运行的技术效果。
附图说明
图1是本发明提供的第一种开关磁阻电机控制装置示意图；
图2是本发明提供的第二种开关磁阻电机控制装置示意图；
图3是本发明提供的第三种开关磁阻电机控制装置示意图；
图4是本发明提供的第四种开关磁阻电机控制装置示意图；
图5是本发明提供的第五种开关磁阻电机控制装置示意图；
图6是本发明提供的开关磁阻电机控制装置的控制电机运行的示意图；
图7是本发明提供的开关磁阻电机控制装置的控制方法的步骤示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种开关磁阻电机控制装置，包括：
用于产生PWM波的PWM发生单元；
用于检测转子位置的转子位置检测单元；
用于驱动A、B、C…N相定子线圈的定子线圈驱动单元；
根据所述转子位置检测单元检测到的转子位置，将所述PWM波调制成有角度差的M路的PWM波后使所述有角度差的M路PWM波分别输入所述A、B、C…N相定子线圈中的相邻M相，并根据转动方向在所述A、B、C…N相中以M为基数、在相之间进行顺序切换的切换单元，其中2≤M﹤N；
控制所述PWM发生单元以及接收所述转子位置检测单元的转子位置信号、并据此控制所述切换单元的控制单元；
所述控制单元与所述PWM发生单元电连接；所述控制单元与转子位置检测单元电连接；所述控制单元与所述切换单元电连接；所述切换单元分别与A、B、C…N相定子线圈驱动单元电连接。
由于采用了同时多相的合力互补驱动的控制器，所以达到了低速大转矩稳定运行的技术效果。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
如图1所示，为本发明提供的第一实施例。
本实施例提供的一种开关磁阻电机控制装置，包括：用于产生PWM波的PWM发生单元；用于检测转子位置的转子位置检测单元；用于驱动A、B、C…N相定子线圈的定子线圈驱动单元；根据所述转子位置检测单元检测到的转子位置，用于将PWM波调制成有角度差的M路的PWM波，其中2≤M﹤N，角度差根据定子的空间级数确定，以确保M个合成磁场矢量稳定，有角度差的M路PWM波分别输入A、B、C…N相定子线圈中的相邻M相，并根据转动方向在A、B、C…N相中以M为基数、在相之间进行顺序切换的切换单元；控制PWM发生单元，接收转子位置检测单元的转子位置信号、并据此控制切换单元的控制单元；控制单元与PWM发生单元电连接；控制单元与转子位置检测单元电连接；控制单元与切换单元电连接；切换单元分别与A、B、C…N相定子线圈驱动单元电连接。
由于采用了同时多相的合力互补驱动的控制器，所以达到了低速大转矩稳定运行的技术效果。
进一步地，所述PWM发生单元是准正弦的PWM波发生单元，由于采用了准正弦波，达到了驱动效率高，噪音小的效果。
如图2所示，进一步地，还包括对转子转速进行检测的转速检测单元，所述转速检测单元与所述控制单元电连接，通过引入速度反馈，达到了运行稳定的目的。
如图3所示，进一步地，还包括对定子电流进行检测的电流检测单元，所述电流检测单元与所述控制单元电连接，通过引入电流反馈，进行PID算法控制，达到稳定运行的目的。
如图4所示，进一步地，还包括当定子电流、电压超过设定值时停止运行开关磁阻电机的保护单元，所述保护单元与所述控制单元电连接，这样提高了运行的可靠性。
如图5所示，进一步地，还包括对运行状态进行显示的显示单元，所述显示单元与所述控制单元电连接，这样就达到了实时监控运行状态的目的。
如图7所示，本发明还提供了一种应用上述权利要求的开关磁阻电机控制装置的控制方法，包括下述步骤：
S01、根据定子绕组的空间磁极数及相数确定极间及相间的相位差；
S02、向N相绕组中的相邻M相发送PWM波，其中2≤M﹤N，M相的PWM波的相位差由S01确定；
S03、根据旋转方向，在相间切换发送PWM波，使M相定子绕组的合成磁场稳定旋转；转子转速由切换单元的切换速度确定。
进一步地，PWM波是准正弦波，达到了驱动效率高，噪音小的效果。
如图6所示，以三相12/8开关磁阻电机为例，转子凸极数为8，定子槽数为12，工作于极低转速的大负载下，例如20RPM，若采用常规控制装置，会出现转速太高、电流太大或转矩太小，不能稳速运行。
在电机低速运行时，同时激励两相绕组，以图6所示为转子初始位置，当电机旋转时，通电顺序是：AB-BC-CA，两相绕组电流采用准正弦波PWM调制的办法，以形成准正弦波定子磁场定向控制（SFOC，Stator Flux Oriented Control），后一个绕组的正弦波电流滞后前一个绕组的正弦波电流一个角度，合成一个较为稳定的磁场矢量，保证了低速下电机转矩的平滑。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种开关磁阻电机控制装置，其特征在于：包括：
用于产生PWM波的PWM发生单元；
用于检测转子位置的转子位置检测单元；
用于驱动A、B、C…N相定子线圈的定子线圈驱动单元；
根据所述转子位置检测单元检测到的转子位置，将所述PWM波调制成有角度差的M路的PWM波后使所述有角度差的M路PWM波分别输入所述A、B、C…N相定子线圈中的相邻M相，并根据转动方向在所述A、B、C…N相中以M为基数、在相之间进行顺序切换的切换单元，其中2≤M﹤N；
控制所述PWM发生单元以及接收所述转子位置检测单元的转子位置信号、并据此控制所述切换单元的控制单元；
所述控制单元与所述PWM发生单元电连接；所述控制单元与所述转子位置检测单元电连接；所述控制单元与所述切换单元电连接；所述切换单元分别与所述A、B、C…N相定子线圈驱动单元电连接。
2.如权利要求1所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于：所述PWM发生单元是准正弦的PWM波发生单元。
3.如权利要求1或2所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于：还包括对转子转速进行检测的转速检测单元，所述转速检测单元与所述控制单元电连接。
4.如权利要求1或2所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于：还包括对定子电流进行检测的电流检测单元，所述电流检测单元与所述控制单元电连接。
5.如权利要求4所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于：还包括当定子电流、电压超过设定值时停止运行开关磁阻电机的保护单元，所述保护单元与所述控制单元电连接。
6.如权利要求1或2所述的开关磁阻电机控制装置，其特征在于：还包括对运行状态进行显示的显示单元，所述显示单元与所述控制单元电连接。
7.一种应用权利要求1至6任一项所述的开关磁阻电机控制装置的控制方法，其特征在于：包括下述步骤：
S01、根据定子绕组的空间磁极数及相数确定极间及相间的相位差；
S02、向N相绕组中的相邻M相发送PWM波，其中2≤M﹤N，所述M相的PWM波的相位差由S01确定；
S03、根据旋转方向，在相间切换发送PWM波，使M相定子绕组的合成磁场稳定旋转；转子转速由所述切换单元的切换速度确定。
8.如权利要求7所述的应用开关磁阻电机控制装置的控制方法，其特征在于：所述PWM波是准正弦波。
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